试析软弱围岩公路隧道施工技术

试析软弱围岩公路隧道施工技术

殷利斌，邱琨杰

浙江省建投交通基础建设集团有限公司，浙江杭州，310012

摘要：随着公路网络的不断延伸与完善，穿越复杂地质环境尤其是软弱围岩地带的隧道工程日益增多。软弱围岩因其强度低、变形大、流变性强、遇水易软化等特性，给隧道设计与施工带来了严峻挑战。妥善处理软弱围岩问题，不仅关乎工程项目的顺利实施，更直接影响到隧道结构的长期安全与运营效益。因此，深入研究和掌握适用于软弱围岩环境的公路隧道施工技术，对于推动我国乃至全球隧道建设技术的进步，保障重大基础设施项目的安全、高效推进具有重要意义。

关键词：软弱围岩；公路隧道；施工技术

一、超前地质预报与动态设计

超前地质预报与动态设计是软弱围岩公路隧道施工中至关重要的一环，其核心在于运用多种先进的地质探测技术，提前揭示前方围岩的地质状况，从而实现施工方案的精确调整与适时优化，有效规避因地质突变引发的风险[1]。

首先，运用诸如TSP（隧道地震预报）、地质雷达、超前钻探等现代化超前地质预报手段，对隧道开挖前方的围岩进行深度且细致的“透视”。TSP通过发射地震波并接收其反射信号，分析得出围岩结构、岩性变化及潜在地质构造的信息；地质雷达则利用高频电磁波穿透围岩，形成高分辨率图像，直观展示前方地质界面、空洞、裂隙等特征；超前钻探则直接取样与观测，对地质体的物理力学性质、含水情况等进行实地验证。这些技术手段相辅相成，能够从不同维度全面、立体地揭示隧道前方数百米甚至上千米范围内的地质状况，尤其对断层、破碎带、含水层等不良地质体进行精准定位与评估。

其次，基于超前地质预报提供的丰富信息，工程技术人员能够及时进行“动态设计”与“动态施工”。动态设计意味着设计方案并非一成不变，而是随着施工进程和地质信息的更新持续调整优化。当预报结果显示前方存在不利地质条件时，设计人员可立即调整支护形式、支护参数、开挖方式、施工顺序等，以适应新的地质环境，确保围岩稳定性和隧道结构安全性。

最后，动态施工则是指施工过程中的操作与管理随地质条件的变化灵活应变。当预报结果提示地质条件发生变化时，施工团队能迅速调整施工工艺、工序和进度，如减缓开挖速度、加强支护措施、临时封闭掌子面等，以降低地质突变对施工安全的影响。同时，现场管理人员需密切关注监控量测数据，一旦发现实际变形情况与预报结果出现较大偏差，应立即启动应急预案，必要时暂停施工进行地质补充勘察或重新设计。

二、合理选择支护形式与参数

合理选择支护形式与参数是软弱围岩公路隧道施工中确保围岩稳定、防止塌方的关键环节。面对软弱围岩强度低、变形大、流变性强的特点，工程师必须精心设计和选用适当的支护结构及其参数，同时结合必要的预加固与注浆措施，以增强围岩承载力，限制变形，保证施工安全。

首先，初期支护作为隧道开挖后第一时间提供的临时性支撑，其选择应充分考虑软弱围岩的特性。常见的初期支护形式包括喷锚支护、钢拱架支护和管棚支护等[2]。喷锚支护利用混凝土喷射和锚杆锚固相结合的方式，快速形成具有一定刚度和韧性的支护体系，适应围岩的局部变形；钢拱架支护利用型钢构建起刚性框架，有效抵抗较大荷载，适用于较严重的软弱围岩段；管棚支护则通过在隧道开挖前打入钢管，形成预支护结构，提前加固围岩，尤其适用于穿越破碎带、断层等复杂地质条件。选择初期支护时，需综合考虑围岩级别、地质构造、施工条件等因素，确保支护形式既能满足当前地质环境的需求，又能与后续二次衬砌良好衔接。

其次，二次衬砌作为隧道永久性承载结构，其选择应兼顾结构强度、耐久性、防水性能及经济性。模筑混凝土衬砌以其良好的整体性和耐久性成为主流选择，而在软弱围岩段，复合式衬砌（如钢筋混凝土+锚索、预应力混凝土等）由于能提供更强的约束力和适应性，常被优先考虑。确定二次衬砌参数时，应充分考虑围岩压力分布、隧道断面形状、施工方法等因素，确保衬砌厚度、配筋率、预应力施加等参数既满足设计规范要求，又能有效抵御围岩变形和外部荷载。

最后，在软弱围岩隧道施工中，还应遵循“早封闭、强支护、勤量测”的基本原则。早封闭即尽早施作初期支护并封闭开挖面，减少围岩暴露时间，降低风化、松动及失稳风险；强支护是指根据围岩等级和地质预报结果，选择强度高、适应性强的支护体系，必要时进行预加固和注浆处理，提高围岩的自稳能力；勤量测则是指定期、连续进行围岩位移、应力、渗水等监测，及时发现异常，指导支护参数调整和施工方案优化。

三、精细开挖与分步实施

在软弱围岩公路隧道施工中，精细开挖与分步实施是控制围岩变形、保障施工安全的核心策略。这一过程强调采用低影响的开挖方式，灵活运用多种开挖工法，并结合超前支护、分部开挖、分步封闭等手段，以最大限度降低对围岩的扰动，逐步稳定围岩，减小隧道开挖引起的变形。

首先，针对软弱围岩的敏感特性，施工中应采取短进尺、弱爆破、少扰动的开挖方式。短进尺意味着每次开挖的深度较小，以减少一次性暴露的围岩面积，降低围岩应力集中和失稳风险。弱爆破则是通过精确控制炸药用量、装药结构及起爆顺序，减少爆破能量对围岩的冲击破坏。少扰动原则要求在开挖、运输、支护等作业过程中尽量减少对围岩的振动、切割和挤压，以保持围岩的原始应力状态和完整性

[3]。

其次，根据围岩级别和地质条件，选择并灵活运用适宜的开挖工法。台阶法适用于稳定性较好的软弱围岩，通过分层、分部开挖和支护，实现对围岩应力的有效控制。CD（中隔壁）法、CRD（交叉中隔壁）法适用于地质条件复杂、稳定性较差的软弱围岩，通过设置中隔壁、临时仰拱等结构，将大断面分成多个小单元进行开挖和支护，大大降低了围岩暴露面积和应力集中程度。双侧壁导坑法适用于超大断面或地质极其复杂的软弱围岩隧道，通过先开挖两侧小导坑，形成稳定的支护体系后再逐渐扩大开挖空间，确保施工过程中的围岩稳定。

最后，结合超前支护、分部开挖、分步封闭等手段，进一步强化围岩稳定和变形控制。超前支护是在隧道开挖前或开挖过程中，预先施加支护措施（如管棚、超前小导管注浆等），以加固前方围岩，防止开挖引起的应力释放导致的围岩失稳。分部开挖则是按照预定的分块顺序和尺寸进行逐块开挖和支护，确保每一块围岩在开挖后都能得到及时、有效的支护，避免应力过度集中。分步封闭则是随着开挖和支护的进行，及时封闭已完成部分的开挖面，形成封闭的受力体系，减小外部荷载对围岩的影响。

结语：综上所述，软弱围岩公路隧道施工技术是一个涉及地质分析、超前探测、支护设计、开挖控制及监测反馈等多环节、多学科交叉的复杂系统工程。面对软弱围岩带来的种种难题，现代隧道工程技术已展现出强大的应对能力，通过精准分级、科学预测、合理支护、先进开挖及严格监控等手段，有效保障了隧道施工的安全性、稳定性和经济性。然而，地质条件的复杂多变性决定了软弱围岩隧道施工技术仍需持续创新与优化。

参考文献：

[1]朱传龙. 山区软弱围岩地质下的公路隧道施工技术研究[J]. 运输经理世界, 2023, (35): 96-98.

[2]谭锋. 软弱围岩地质山区高速公路隧道施工技术研究[J]. 江西建材, 2023, (06): 334-335+338.

[3]荣耀. 山区软弱围岩地质下的公路隧道施工技术[J]. 石材, 2023, (06): 117-119.